Ứng dụng rơle so lệch trở kháng thấp 7SS601 để bảo vệ cho thanh góp trong hệ thống điện

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> <br /> <br /> ỨNG DỤNG RƠLE SO LỆCH TRỞ KHÁNG THẤP 7SS601 ĐỂ BẢO VỆ<br /> CHO THANH GÓP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN<br /> AN APPLICATION OF LOW 7SS601 IMPEDANCE TO THE BUSBAR<br /> DIFFERENTIAL PROTECTION IN THE POWER SYSTEM<br /> <br /> <br /> Lê Kim Hùng<br /> Đại học Đà Nẵng<br /> Vũ Phan Huấn<br /> Trung tâm thí nghiệm điện 3<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Thanh góp là phần tử quan trọng trong hệ thống điện, bởi đây chính là đầu mối liên hệ<br /> của nhiều phần tử khác nhau trong hệ thống, nên khi xảy ra ngắn mạch trên thanh góp nếu<br /> không được rơle bảo vệ so lệch thanh góp loại trừ một cách nhanh chóng và tin cậy thì có thể<br /> gây ra những hậu quả nghiêm trọng và làm tan rã hệ thống. Bài báo trình bày cách tính chọn số<br /> vòng dây của biến dòng phụ trung gian và thông số chỉnh định của rơle 7SS601, đồng thời ứng<br /> dụng rơle này để bảo vệ hệ thống thanh góp cho trạm biến áp 110kV Điện Nam – Điện Ngọc.<br /> ABSTRACT<br /> A busbar is a very important component in a power distribution network. It forms an<br /> electrical ‘node’ where many circuits come together, feeding in and sending out power. Faults<br /> on the busbar do not pose risks of equipment damage and fall to a power system if some form<br /> of busbar differential protection is used for quickly detecting and clearing of a fault on the<br /> system. This paper presents some general procedures on the calculation and selection of how<br /> to set the wiring number of auxiliary circuit transformer, a basic setting criteria for the low<br /> 7SS601 impedance busbar differential protection. In addition, we also suggest an application of<br /> this impedance to Dien Nam - Dien Ngoc 110kV Power Substation.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Để bảo vệ thanh góp chống các dạng ngắn mạch người ta dùng bảo vệ so lệch,<br /> trong đó loại rơ le so lệch 7SS610 được sử dụng phổ biến để bảo vệ thanh góp tại các<br /> trạm biến áp. Tuy nhiên, khi thực hiện bảo vệ so lệch thanh góp có thể do các sai số<br /> biến dòng (CT), tỷ số biến CT khác nhau nên khi đưa dòng nhị thứ CT vào cổng dòng<br /> của rơle 7SS601 thì có thể gây ra tác động nhầm trong điều kiện làm việc bình thường.<br /> Vì thế, ta cần phải cài đặt giá trị chỉnh định rơle và tính chọn cách đấu dây biến dòng<br /> trung gian hợp lý trước khi đưa vào rơle [1], [3].<br /> 2. Bảo vệ so lệch thanh góp tổng trở thấp<br /> Bảo vệ so lệch làm việc dựa trên định luật Kirchhoff 1. Nếu xem các CT hoàn<br /> toàn giống nhau thì ở chế độ ngắn mạch ngoài hoặc chế độ vận hành bình thường, tổng<br /> <br /> 28<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> dòng điện so lệch (dòng không cân bằng) đi vào rơle so lệch phải gần bằng 0. Khi phát<br /> hiện có sự cố trong vùng đối tượng bảo vệ, rơle cho đi cắt MC với thời gian rất bé,<br /> khoảng (10 ÷ 20) ms. Công thức tính dòng so lệch và dòng hãm đối với rơle họ 7SS601<br /> như sau [4]:<br /> Dòng so lệch: I Diff = |I 1 + I2 +…. I n |<br /> Dòng hãm: IBias = |I 1 | + |I 2 |+ ….|I n |<br /> Sơ đồ minh họa hệ thống hai thanh góp (TG) sử dụng rơle 7SS601 cho trên hình<br /> 1 gồm có 2 ngăn lộ 131,132 (có tỷ số biến CT 400/1A), 2 ngăn lộ 171,172 (có tỷ số biến<br /> CT 1000/1A) và mạch TG 100 (có ỷt số biến CT 600/1A) sử dụng biến dòng phụ<br /> 4AM5120-3DA (có dòng ơs cấp định mức 1A). Dòng thứ cấp 100mA của các biến<br /> dòng phụ được đưa vào cổng dòng so lệch rơle F87B1 của thanh góp 1, F87B2 của<br /> thanh góp 2 và khối dòng hãm 7TM7 0. Khối dòng hãm có tác dụng tạo dòng hãm đưa<br /> vào cổng dòng hãm của rơle F87B1 và F87B2. Rơle trung gian 7TR71 có tácụng d<br /> chuyển đổi mạch dòng cấp cho F87B1 và F87B2 khi MC 100 đóng hoặc cắt.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1: Sơ đồ bảo vệ so lệch thanh góp dùng rơle 7SS601<br /> Khi có sự cố trên một thanh góp của hệ thống, theo yêu cầu chọn lọc, bảo vệ<br /> rơle phải cắt tất cả các máy cắt nối tới thanh góp đó [1],[3].<br /> - Trong trường hợp MC 100 mở thì cả hai TG 1 và TG 2 làm việc độc lập. Nếu có<br /> sự cố tại N1 trên TG 1 (hoặc tại N2 trên TG 2), thì F87B1 cắt MC 171, MC 131<br /> nối đến TG 1 (hoặc F87B2 cắt MC 172, MC 132 nối đến TG 2) . Trong trường<br /> 29<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> hợp có sự cố tại N3 nằm giữa MC 100 và CT của MC 100 thì thanh góp 1 sẽ coi<br /> đó là sự cố trong vùng bảo vệ và F87B1 cắt MC 171, MC 131.<br /> - Trong trường hợp MC 100 đóng thì khi có sự cố tại N1 trên TG 1 (hoặc tại N2<br /> trên TG 2) thì F87B1 cắt MC 171, MC 131 nối đến thanh góp 1 (hoặc F87B2 cắt<br /> MC 172, MC 132 nối đến TG 2) và MC 100. Còn trong trường hợp xẩy ra sự tại<br /> N3 nằm giữa MC 100 và CT của MC 100 thì MC 171, MC 131, MC 172, MC<br /> 132 và MC 100 cắt ra.<br /> 3. Biến dòng phụ và tỷ số CT lệch nhau<br /> Để giảm ảnh hưởng của dòng không cân bằng, nhằm nâng cao độ nhạy cho bảo<br /> vệ, bảo vệ so lệch thanh góp có dùng biến dòng phụ để tạo ra dòng tổng đưa vào rơ le.<br /> Giá trị này phụ thuộc vào tỷ số vòng dây giữa các cuộn. Theo đề nghị của nhà chế tạo,<br /> để đảm bảo độ nhạy cả khi có sự cố chạm đất, sự cố 2 và 3 pha (xem hình 2) nên chọn<br /> số vòng theo quan hệ [2]: W p1 : W p2 : W p3 = 2:1:3 hoặc tỷ số dòng điện nhất thứ của<br /> biến dòng phụ là I L1 :I L2 :I L3 = 5:3:4. Dòng điện đầu ra của biến dòng phụ tính theo công<br /> thức [3]:<br /> i S = i L1 + i L 2 + i L 3<br /> WP1 + WP 3 j 0<br /> i L1 = i P . .e (1)<br /> WS<br /> WP 3 j120<br /> iL 2 = iP . .e (2)<br /> WS<br /> WP 2 + WP 3 j 240<br /> iL3 = iP . .e (3)<br /> WS<br /> Trong đó:<br /> - W S = 500 – Cuộn dây nhị thứ của<br /> CT phụ.<br /> - W P1, W P2, W P3 – Cuộn dây nhất<br /> thứ của CT phụ.<br /> - i S – Dòng nhị thứ của CT phụ.<br /> - i P – Dòng nhị thứ định mức của CT Hình 2: Sơ đồ đấu nối của biến dòng phụ, đồ thị<br /> chính. véc tơ của biến dòng chính và biến dòng phụ.<br /> Ví dụ: hệ thống thanh góp trên hình 1 gồm<br /> 05 ngăn lộ có tỷ số biến 400/1 , 600/1 và 1000/1. Nếu không chọn cách đấu nối hợp lý<br /> của biến dòng phụ thì dòng so lệch đi vào rơle sẽ lớn, có thể làm rơle tác động nhầm<br /> trong điều kiện làm việc bình thường hoặc khi có ngắn mạch ngoài. Cho nên, ta phải<br /> dựa vào tài liệu kỹ thuật của rơle bảo vệ so lệch trở kháng thấp 7SS601 và biến dòng<br /> trung gian loại 4MA5120 -3DA để tính toán chọn cách đấu nối phù hợp theo trình tự<br /> sau:<br /> <br /> 30<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> Bước 1:<br /> Chọn ước số chung nhỏ nhất của các tỷ số biến CT có kết quả nhỏ hơn 10. Lấy<br /> kết quả phép chia đó làm chỉ dẫn đấu nối cho CT trung gian. Tra theo chỉ dẫn chọn tỷ số<br /> biến trung gian loại 4MA5120-3DA trong tài liệu [3] cho kết quả dưới đây:<br /> Ước số chung<br /> Tỷ số biến CT W P1 - W P2 - W P3 Pha Đấu nối Dây cầu<br /> nhỏ nhất<br /> L1 J,K<br /> B-E<br /> 400/1 4 24 – 12 – 36 L3 A,F<br /> N L,M<br /> L1 A,K<br /> B-E; F-J<br /> 600/1 6 36 – 18 – 54 L3 G,H<br /> L-N<br /> N M,O<br /> L1 J,M K-L<br /> 1000/1 10 60 – 30 – 90 L3 A,H B-E; F-G<br /> N N,O<br /> Bước 2:<br /> Trường hợp CT 400/1: Thế các giá trị i P =1, W P1 = 24, W P2 = 12,W P3 =36 và<br /> W S =500 vào công thức (1),(2), (3).<br /> WP1 + WP 3 60<br /> i L1 = i P × × e j0 = 1× × e j 0 = 0,12e j 0<br /> WS 500<br /> WP 3 36<br /> iL 2 = iP × × e j120 = 1 × × e j120 = 0,072e j120<br /> WS 500<br /> WP 2 + WP 3 48<br /> iL3 = iP × × e j 240 = 1 × × e j 240 = 0,096 j 240<br /> WS 500<br /> i S ( 400 ) = i L1 + i L 2 + i L 3 = 0,0415e − j 30<br /> Tiếp tục tính cho trường hợp CT 600/1 và CT 1000/1 đem lại kết quả trên hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3: Kết quả tính chọn cách đấu nối CT phụ<br /> <br /> <br /> 31<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> 4. Ứng dụng rơle 7SS601 cho bảo vệ thanh góp tại TBA 110KV Điện Nam – Điện<br /> Ngọc<br /> Tương tự các bước tính toán trên ta áp dụng vào thanh góp 110kV gồm 04 ngăn<br /> lộ có tỷ số biến 300/1 và 02 ngăn lộ có tủ số biến 400/1 tại TBA 110kV Điện Nam –<br /> Điện Ngọc (xem hình 4).<br /> A<br /> <br /> B<br /> <br /> C<br /> 300A<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 300A<br /> 0,0625A 0,0625A<br /> 1A A Y 0,75A A Y<br /> * *<br /> <br /> <br /> 36 48<br /> *<br /> K *<br /> M<br /> CT - 5P20 CT - 5P20<br /> * *<br /> 300/1A G 400/1A J<br /> 18 500 24 500<br /> H K<br /> <br /> M H<br /> 54 72<br /> O X O X<br /> 4AM5120-3DA 4AM5120-3DA<br /> <br /> <br /> XT E05, E06, E07, XT E02, MBA T2<br /> MBA T1<br /> <br /> Hình 4: Sơ đồ đấu nối CT thanh góp 110kV TBA Điện Nam - Điện Ngọc<br /> <br /> Bước 1: Chọn chỉ dẫn đấu nối cho CT trung gian<br /> <br /> Ước số chung<br /> Tỷ số biến CT W P1 - W P2 - W P3 Pha Đấu nối Dây cầu<br /> nhỏ nhất<br /> L1 A,K<br /> B-E; F-J<br /> 300/1 6 36-18-52 L3 G,H<br /> L-N<br /> N M,O<br /> L1 A,M<br /> B-E; F-L<br /> 400/1 8 48-24-72 L3 J,K<br /> G-N<br /> N H,O<br /> Bước 2: Kiểm tra dòng nhị thứ vào cổng dòng rơle<br /> <br /> Trường hợp 300/1 Trường hợp 400/1<br /> 36 + 54 48 + 72<br /> iL1 = 1 × × e j 0 = 0,18e j 0 iL1 = 0,75 × × e j 0 = 0,18e j 0<br /> 500 500<br /> 54 72<br /> iL 2 = 1 × × e j120 = 0,108e j120 iL 2 = 0,75 × × e j120 = 0,108e j120<br /> 500 500<br /> 18 + 54 24 + 72 j 240<br /> iL 3 = 1 × × e j 240 = 0,144e j 240 iL 3 = 0,75 × ×e = 0,144e j 240<br /> 500 500<br /> iS (300 ) = iL1 + iL 2 + iL 3 = 0,0625e − j 30 iS ( 00 ) = iL1 + iL 2 + iL 3 = 0,0625e − j 30<br /> <br /> 32<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> Qua kết quả tính toán trên, ta thấy iS (300 ) = iS ( 400 ) = 0,0625e − j 30 đảm bảo không có<br /> dòng so lệch vào cho rơ le 7SS601 tron g điều kiện bình thường hoặc có ngắn mạch<br /> ngoài. Với các thông số đã tính toán, sau khi đưa vào vận hành cho đến nay rơle làm<br /> việc ổn định và tin cậy.<br /> 5. Thông số chỉnh định rơle<br /> Theo tài liệu [3], [4] ta các thông số chỉnh định rơle 7SS601 gồm:<br /> - Dòng khởi động của bảo vệ chọn theo 2 điều kiện:<br /> Điều kiện 1: theo dòng phụ tải cực đại (I ptMAX ) khi đứt mạch thứ cấp CT.<br /> id > ≥ 1,2.I ptMAX<br /> Điều kiện 2: theo dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất (I scMIN ).<br /> id > ≥ 0,5.I scMIN<br /> <br /> Trong hai điều kiện trên, điều ki ện nào cho dòng điện khởi động khởi động lớn<br /> hơn thì chọn làm dòng khởi động tính<br /> toán.<br /> - Độ dốc hãm k = 0,25 ÷ 0,8<br /> giúp rơle loại trừ các sai số<br /> CT, sai số đo lường và chống<br /> lại các sự cố từ bên ngoài.<br /> - Ngưỡng dòng giám sát mạch<br /> nhị thứ CT IdCTs > dùng để<br /> loại trừ khả năng đứt mạch<br /> nhị thứ CT làm dòng so lệch Hình 5. Đặc tính so lệch rơle 7SS601<br /> xuất hiện. Nếu mạch nhị thứ<br /> CT bị đứt, bảo vệ so lệch bị khóa và đưa tín hiệu cảnh báo.<br /> 6. Kết luận<br /> Với mục đích ứng dụng rơle kỹ thuật số 7SS601 để bảo vệ so lệch thanh góp, ta<br /> cần bắt đầu từ việc tìm hiểu cách cài đặt rơle, nghiên cứu và phân tích những tài liệu kỹ<br /> thuật của nhà sản xuất, bản vẽ thiết kế và cuối cùng là thử nghiệm và hiệu chỉnh. Bài<br /> báo đã trình bày nguyên lý làm vi ệc của hệ thống bảo vệ so lệch thanh góp cách tính<br /> toán các thông số của rơle so lệch 7SS601, chọn cách đấu nối số vòng dây CT phụ. Điều<br /> này giúp cho cán bộ thí nghiệm, cán bộ điều độ và cán bộ thiết kế tiếp cận rơle kỹ thuật<br /> số bảo vệ thanh góp dễ dàng và đảm bảo tin cậy.<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> ảo vệ các ph ần tử chính trong hệ thống điện, NXB Đà<br /> [1] PGS.TS Lê Kim Hùng, B<br /> Nẵng, 2004.<br /> <br /> 33<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(33).2009<br /> <br /> [2] VS.GS Trần Đình Long, Bảo vệ các Hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà<br /> Nội, 2000.<br /> [3] SIEMENS, Application For Siprotec Protection Relays, 2005.<br /> [4] SIEMENS, 7SS600 Different Protection Relays, 2002.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 34<br />